機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)第三版課后答案(參考版)
2025-01-12 20:38本頁(yè)面
【正文】 第四章 信號(hào)的調(diào)理與記錄 41 以阻值 R=120 、靈敏度 Sg=2的電阻絲應(yīng)變片與阻值為 120 的固定電阻組成電橋，供橋電壓為 3V，并假定負(fù)載電阻為無(wú)窮大，當(dāng)應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)?2 和 2022 時(shí)，分別求出單臂、雙臂電橋的輸出電壓，并比較。 321 選用傳感器的基本原則是什么？試舉一例說(shuō)明。 320 試說(shuō)明激光測(cè)長(zhǎng)、激光測(cè) 振的測(cè)量原理。 319 在軋鋼過(guò)程中，需監(jiān)測(cè)薄板的厚度，宜采用那種傳感器？說(shuō)明其原理。 318 試說(shuō)明固態(tài)圖像傳感器（ CCD器件）的成像原理，怎樣實(shí)現(xiàn)光信息的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程 ，在工程測(cè)試中有何應(yīng)用？ CCD固態(tài)圖像傳感器的成像原理： MOS光敏元件或光敏二極管等將光信息轉(zhuǎn)換成電荷存儲(chǔ)在 CCD 的MOS電容中，然后再控制信號(hào)的控制下將 MOS電容中的光生電荷轉(zhuǎn)移出來(lái)。 空間 技術(shù)中利用飛船、航天飛機(jī)、衛(wèi)星等攜帶的紅外遙感儀器可以實(shí)現(xiàn)很多對(duì)地、對(duì)空觀測(cè)任務(wù) 。為什么在空間技術(shù)中有廣泛應(yīng)用？舉出實(shí)例說(shuō)明。 不同點(diǎn)：壓力需要彈性敏感元件轉(zhuǎn)換成位移。 解答： 微彎測(cè)壓力原理：力 微彎板 光纖變形 光纖傳遞 的光強(qiáng)變化。 渦電流傳感器，紅外輻射溫度測(cè)量，聲發(fā)射傳感器（壓電式）等。 聲發(fā)射傳感器不同于加速度傳感器，它受應(yīng)力波作用時(shí)靠壓電晶片自身的諧振變形把被檢試件表面振動(dòng)物理量轉(zhuǎn)化為電量輸出。 聲發(fā)射傳感器是基于晶體組件的壓電效應(yīng)，將聲發(fā)射波所引起的被檢件表面振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的換能設(shè)備，所有又常被人們稱為聲發(fā)射換能器或者聲發(fā)射探頭。利用正、逆壓電效應(yīng)。 不同點(diǎn)：壓電式加速度計(jì)利用正壓電效應(yīng)，通過(guò)慣性質(zhì)量快將振動(dòng)加速度轉(zhuǎn)換成力作用于壓電元件，產(chǎn)生電荷。 314 試說(shuō)明壓電式加速度計(jì)、超聲換能器、聲發(fā)射傳感器之間的異同點(diǎn)。 霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理 （物理本質(zhì)） ：在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電荷受到磁場(chǎng)力 FL（稱為洛侖茲力）作用，而向垂直于磁場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)方向的方向移動(dòng)，在兩側(cè)面產(chǎn)生正、負(fù)電荷積累。 313 何謂霍爾效應(yīng)？其物理本質(zhì)是什么 ？用霍爾元件可測(cè)哪些物理量？請(qǐng)舉出三個(gè)例子說(shuō)明。 如遙控器，自動(dòng)門（熱釋電紅外探測(cè)器），光電鼠標(biāo)器，照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光計(jì)，光度計(jì)，光電耦合器，光電開關(guān)（計(jì)數(shù)、位置、行程開關(guān)等），濁度檢測(cè)，火災(zāi)報(bào)警，光電閱讀器（如紙帶閱讀機(jī)、條形碼讀出器、考卷自動(dòng)評(píng)閱機(jī)等），光纖通信，光纖傳感， CCD，色差，顏色標(biāo)記，防盜報(bào)警，電視機(jī)中亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)，路燈、航標(biāo)燈控制，光控?zé)糇魳?lè)石英鐘控制（晚上不奏樂(lè)），紅外遙感、干手器、沖水機(jī)等。 內(nèi)光電效應(yīng)（亦稱光導(dǎo)效應(yīng)） — 物體受到光線照射時(shí)，物體的電子吸收光能是其導(dǎo)電性增加，電阻率圖 385 題 38圖 x xp RL ue uo Rx Rp 壓力傳感器 電荷放大器 光線示波器 壓力 P 下降的現(xiàn)象，有光敏電阻 和由其制成的 光導(dǎo)管。 312 光電傳感器包含哪兒種類型？各有何特點(diǎn)？用光電式傳感器可以測(cè)量哪些物理量？ 解答：包括利用外光電效應(yīng)工作的光電傳感器、利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電傳感器、利用光生伏特效應(yīng)工作的光電傳感器三種。 311 一壓電式壓力傳感器的靈敏度 S=90pC/MPa，把它和一臺(tái)靈敏度調(diào)到 ，放大器的輸出又接到一靈敏度已調(diào)到 20mm/V的光線示波器上記錄，試?yán)L出這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的框圖，并計(jì)算其總的靈敏度。 可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量的是：電 容式、光纖式等傳感器。 39 試按接觸式與非接觸式區(qū)分傳感器，列出它們的名稱、變換原理，用在何處？ 解答：接觸式：變阻器式、電阻應(yīng)變式、電感式（渦流式除外）、電容式、磁電式、壓電式、熱電式、廣線式、熱敏電阻、氣敏、濕敏等傳感器。 由上式可見，只有當(dāng) Rp/RL 0 時(shí)，才有oepxu u xx??。 x p lpxR R k x xx? ? ?，輸出電阻與輸入位移成線性關(guān)系。它的輸人量是什么？輸出量是什么？在什么樣條件下它的輸出量與輸人量之間有較好的線性關(guān)系？ 解答：輸入量是電刷相對(duì)電阻元件的位移 x，輸出量為電刷到端點(diǎn)電阻 Rx。另外電容式、電感式傳感器測(cè)量電路種類繁多。電容、電感式傳感器都可使用調(diào)幅電路、調(diào)頻電路等。 解答：電容式傳感器的測(cè)量電路 T? ?? ???? ?? ?? ????????諧 振 式 調(diào) 幅 電 路調(diào) 幅 電 路電 橋 電 路直 放 式調(diào) 頻 電 路外 差 式運(yùn) 算 放 大 器 電 路二 極 管 型 網(wǎng) 絡(luò)差 動(dòng) 脈 寬 調(diào) 制 電 路極 化 電 路 等 自感型變磁阻式電感傳感器的測(cè)量電路 ： ? ????? ????? ?? ??? ??????????諧 振 式 調(diào) 幅 電 路惠 斯 登 電 橋調(diào) 幅 電 路 變 壓 器 電 橋電 橋 電 路緊 耦 合 電 感 臂 電 橋帶 相 敏 檢 波 的 電 橋 等調(diào) 頻 電 路調(diào) 相 電 路 等 電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)量電路：電橋電路（直流電橋和交流電橋）。 加 大磁路橫截面積 A0、線圈匝數(shù) N會(huì)增大傳感器尺寸，重量增加，并影響到動(dòng)態(tài)特性；減小氣隙 會(huì)增大非線性。 2 0022NAdLS d ???? ? ? 又因?yàn)榫€圈阻抗 Z= L，所以靈敏度又可寫成 2 0022NAdZS d ????? ? ? 由上式可見，靈敏度與磁路橫截面積 A0、線圈匝數(shù) N、電源角頻率 、鐵芯磁導(dǎo)率 0，氣隙 等有關(guān)。一般需要電橋來(lái)測(cè)量，將無(wú)應(yīng)變時(shí)的靈位電流平衡掉，只取有應(yīng)變時(shí)的微小輸出量，并可根據(jù)需要采用放大器 放大。設(shè)工作時(shí)其應(yīng)變?yōu)?1000 ，問(wèn) R＝？設(shè)將此應(yīng)變片接成如圖所示的電路，試求： 1）無(wú)應(yīng)變時(shí)電流表示值； 2）有應(yīng)變時(shí)電流表示值； 3）電流表指示值相對(duì)變化量； 4）試分析這個(gè)變量能否從表中讀出？ 解：根據(jù)應(yīng)變效應(yīng)表達(dá)式 R/R=Sg 得 R=Sg R=2 1000 106 120= 1） I1= 2） I2=(R+ R)=(120+) = 3） =(I2I1)/I1 100%=% 4）電流變化量太小，很難從電流表中讀出。 選用時(shí)要根據(jù)測(cè)量精度要求、現(xiàn)場(chǎng)條件、靈敏度要求等來(lái)選擇。 電阻絲應(yīng)變片主要優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定，現(xiàn)行較好；主要缺點(diǎn)是靈敏度低，橫向效應(yīng)大。 解答：氣壓表、彈簧秤、雙金屬片溫度傳感器、液體溫度傳感器、毛發(fā)濕度計(jì)等。 解答：主要因素是彈性敏感元件的蠕變、彈性后效等。設(shè)已知該裝置的靜態(tài)增益為 3，求該裝置的傳遞函數(shù)和該裝置在無(wú)阻尼固有頻率處的頻率響應(yīng)。 解： 11 1 .5 3() 3 .5 0 .5 7 1 7 1KHs s s s? ? ?? ? ?，即靜態(tài)靈敏度 K1=3 22 22 2 2 2 241() 1 . 4 1 . 4nnn n n nKHs s s s s??? ? ? ???? ? ? ?，即靜態(tài)靈敏度 K2=41 因?yàn)閮烧叽?lián)無(wú)負(fù)載效應(yīng)，所以 總靜態(tài)靈敏度 K = K1 K2 = 3 41 = 123 210 設(shè)某力傳感器可作為二階振蕩系統(tǒng)處理。根據(jù)線性定常系統(tǒng)的頻率保持性可知，當(dāng)輸入為正弦信號(hào)時(shí)，其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)仍然為同頻率的正弦信號(hào)，而正弦信號(hào)的平均值為 0，所以穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的均值顯示為 0。 解答：令 x(t)=cos t，則22() sXs s ?? ?，所以 221( ) ( ) ( ) 1 sY s H s X s ss???? ?? 利用部分分式法可得到 21 1 1 1 1 1() 11 ( ) 2( 1 ) 2( 1 )Ys j s j j s js?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ?
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